利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的軸控功能和臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)快速精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，使繞線(xiàn)機(jī)的工作效率得到了很大的提高。
本文主要介紹了數(shù)控定子繞線(xiàn)機(jī)功能的需求，以及系統(tǒng)操作界面和I/O的規(guī)劃。
一、前言
圖1 數(shù)控定子繞線(xiàn)機(jī)外觀目前繞線(xiàn)機(jī)的市場(chǎng)可謂龐大，品種繁多，有平行繞線(xiàn)機(jī)、環(huán)型繞線(xiàn)機(jī)、定轉(zhuǎn)子繞線(xiàn)機(jī)、紡織繞線(xiàn)機(jī)等。本文主要介紹的是利用中達(dá)CNC數(shù)控系統(tǒng)和伺服產(chǎn)品構(gòu)建出的設(shè)備：數(shù)控定子繞線(xiàn)機(jī)。他的最大特點(diǎn)是可以自動(dòng)變換繞線(xiàn)方向，所繞的線(xiàn)圈整齊且圈數(shù)準(zhǔn)確。操作簡(jiǎn)便，節(jié)省人工，提高產(chǎn)量，產(chǎn)品品質(zhì)好，其繞線(xiàn)、排線(xiàn)、停車(chē)、換槽，完全按程序自動(dòng)執(zhí)行。排線(xiàn)寬幅可調(diào)，圈數(shù)準(zhǔn)確。生產(chǎn)速度快，并大量節(jié)省線(xiàn)材。下面概述如何利用中達(dá)的數(shù)控和臺(tái)達(dá)的伺服整合此方案。
二、技術(shù)和精度要求
客戶(hù)原用PLC+伺服控制整臺(tái)設(shè)備，因其加工出來(lái)的產(chǎn)品的合格率較低，且一些功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，滿(mǎn)足不了市場(chǎng)上需求，故提出開(kāi)發(fā)數(shù)控定子繞線(xiàn)機(jī)，并且需要控制系統(tǒng)和伺服滿(mǎn)足如下條件：
1．伺服運(yùn)動(dòng)軸
在機(jī)械上，需要三軸的控制坐標(biāo)系。其中，排線(xiàn)X軸采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺距為4mm的滾珠絲杠，在連接工作臺(tái)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；飛叉Y軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)1：2的齒輪箱間接傳動(dòng)，做360度的圓周運(yùn)動(dòng)；分度Z軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)1：9的齒輪箱間接傳動(dòng)，做360度的圓周運(yùn)動(dòng)。這3個(gè)軸要求能夠聯(lián)動(dòng)。
此外，對(duì)于飛叉軸來(lái)說(shuō)，由于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械負(fù)載慣量會(huì)因?yàn)槔@線(xiàn)的速度的不同而發(fā)生較大的變化，這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、相應(yīng)性和對(duì)負(fù)載變化自適應(yīng)能力。
2．精度要求
機(jī)械回零精度：排線(xiàn)軸0.005mm 飛叉軸+/-1度 分度軸+/-1度
定位精度：0.02mm +/-1度
要求控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)能夠具有檢測(cè)反饋，來(lái)保證機(jī)械運(yùn)動(dòng)精度。
3．CNC控制系統(tǒng)
因定子繞線(xiàn)機(jī)不僅講究繞的匝數(shù)要準(zhǔn)確，而且排線(xiàn)出來(lái)的密度要均勻，即最少需要兩軸之間做插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)；畫(huà)面可以自由規(guī)劃；要給客戶(hù)方便傳輸加工程序，并且可以對(duì)NC程序編輯和存儲(chǔ)；控制系統(tǒng)要提供一個(gè)D/A口，實(shí)現(xiàn)恒張力控制功能。
另外，客戶(hù)希望數(shù)控系統(tǒng)再開(kāi)放一個(gè)軸，以備后用。
三、方案可行性分析
通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和控制技術(shù)的要求分析，確定采用一臺(tái)中達(dá)電通通用的四軸H4-4上位機(jī)控制系統(tǒng)+3套臺(tái)達(dá)B系列交流伺服ASD-B做下位機(jī)控制的控制架構(gòu)。
具體分析如下：
1．中達(dá)電通通用數(shù)控H4的主要特點(diǎn)：
（1）獨(dú)立的伺服接口，可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)。
（2）電壓命令型（V-Comnand）伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制，能夠滿(mǎn)足精度要求。
（3）最大響應(yīng)速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿(mǎn)足快速定位的要求。
（4）控制器內(nèi)存512K的存儲(chǔ)空間，可存儲(chǔ)1000個(gè)NC加工程序，配合標(biāo)準(zhǔn)的CNC鍵盤(pán)可以輕松的編寫(xiě)加工程序。
（5）通過(guò)CNC簡(jiǎn)易I/O控制命令和內(nèi)制PLC開(kāi)發(fā)，能夠靈活的實(shí)現(xiàn)輔助機(jī)能。
（6）內(nèi)置可編程PLC，標(biāo)準(zhǔn)配置為24INPUT/16OUTPUT，最大可以在增加32INPUT/32OUTPUT。
（7）2組D/A輸出，2組A/D輸入，完全可以滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)恒張力的控制要求。
通過(guò)比較分析，完全可以滿(mǎn)足做為上位機(jī)的控制要求。
2．臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應(yīng)用廣泛。
（2）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE功能。
（3）強(qiáng)健式的控制模式，在負(fù)載慣量大范圍的變化時(shí)，系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。
（4）豐富的軟件功能，方便用戶(hù)調(diào)試。
通過(guò)比較分析，臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)完全可以滿(mǎn)足做為下位機(jī)的控制要求。通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、負(fù)載慣量、輸出扭矩的分析計(jì)算，故選用：ASDB 400W*1顆、ASDB 750W*2顆做為下位控制器。
四、功能設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)架構(gòu)
圖2 系統(tǒng)架構(gòu)2、外觀和功能需求
繞線(xiàn)機(jī)具有尋原點(diǎn)、點(diǎn)動(dòng)模式、單次模式、自動(dòng)模式、編程模式、參數(shù)設(shè)定、測(cè)試輸出點(diǎn)功能等多項(xiàng)功能。
（1）系統(tǒng)操作界面規(guī)劃
操作界面主要分為以下幾個(gè)功能區(qū)塊：
開(kāi)機(jī)畫(huà)面：
圖3 開(kāi)機(jī)畫(huà)面系統(tǒng)在上電后，進(jìn)入此畫(huà)面。此時(shí)為待機(jī)狀態(tài)，畫(huà)面的最下一排是功能顯示區(qū)。
原點(diǎn)模式：
當(dāng)畫(huà)面在原點(diǎn)模式下，分別按下X、Y、Z功能鍵，在按下啟動(dòng)鍵
可以順次執(zhí)行回原點(diǎn)；或者可以按下X&Y&Z功能鍵，在按下啟動(dòng)鍵三軸同時(shí)回原點(diǎn)。
圖4 原點(diǎn)模式畫(huà)面手動(dòng)模式：
到進(jìn)入手動(dòng)模式后，可以分別按下X、Y、Z三軸按鍵，在按下 可以實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)或正反轉(zhuǎn)。速度值的大小可以設(shè)定。
圖5 手動(dòng)模式畫(huà)面自動(dòng)模式：
在自動(dòng)模式下，當(dāng)程式正在運(yùn)行時(shí)，可以觀察到目前的各軸的行進(jìn)情況，目前的加工程式號(hào)，參數(shù)組別號(hào)，當(dāng)前加工至第幾極，以及完成一個(gè)工件所需時(shí)間。并且可以根據(jù)自己的需要，可以實(shí)現(xiàn)程式暫停、單步執(zhí)行。
圖6 自動(dòng)模式畫(huà)面報(bào)警畫(huà)面：
當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警故障出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，并且畫(huà)面會(huì)進(jìn)入到報(bào)警畫(huà)面，故障警號(hào)會(huì)反白顯示出來(lái)。只有當(dāng)把故障排除后，才可以執(zhí)行其他動(dòng)作。
圖7 報(bào)警畫(huà)面設(shè)參數(shù)功能：
在此功能下，客戶(hù)會(huì)根據(jù)實(shí)際的工件需要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并且保存于當(dāng)前的參數(shù)組別下，共可以保存12個(gè)工件參數(shù)，有6頁(yè)畫(huà)面的參數(shù)可設(shè)。客戶(hù)也可以根據(jù)自己的需要，將參數(shù)讀出來(lái)。
圖8 參數(shù)設(shè)定畫(huà)面（2）重要功能的實(shí)現(xiàn)
急停：
當(dāng)設(shè)備在使用時(shí)，出現(xiàn)任何問(wèn)題時(shí)，按下急停，即可阻止危險(xiǎn)動(dòng)作的發(fā)生。松開(kāi)急停后，系統(tǒng)會(huì)按規(guī)定的動(dòng)作程序執(zhí)行歸位。以下為動(dòng)作流程圖。
圖9 急停松開(kāi)后動(dòng)作流程圖程序見(jiàn)主控制程式。
讀、寫(xiě)參數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)：
客戶(hù)可根據(jù)實(shí)際工件規(guī)格要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并將參數(shù)儲(chǔ)存于控制器中，目前開(kāi)放了12個(gè)工件參數(shù)，同時(shí)方便客戶(hù)直接讀參數(shù)。程序見(jiàn)主控制程式。
極繞與層繞功能的實(shí)現(xiàn)：
不同的工件要求不同的繞制方式，目前有兩種：極繞和層繞。極繞根據(jù)每個(gè)極的總匝數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排線(xiàn)，自動(dòng)分層，直至繞制完成。層繞要求每個(gè)層的匝數(shù)可設(shè)，根據(jù)總匝數(shù)分成好多層，一般線(xiàn)徑較粗的用此方式加工。程序見(jiàn)主控制程式。
工件程式的編制：
由于每個(gè)工件的極數(shù)，繞制方式，以及每個(gè)汽缸的動(dòng)作順序都有可能不一樣，所以要求可以用G代碼編寫(xiě)出來(lái)，這樣從而可以節(jié)省不必要的環(huán)節(jié)，大量節(jié)約時(shí)間。工件程式的存儲(chǔ)個(gè)數(shù)可以達(dá)到900多個(gè)，完全可以滿(mǎn)足所有工件形式的加工。
圖10 主程序控制流程圖3、I/O點(diǎn)規(guī)劃及接線(xiàn)
圖11 輸入信號(hào)表格
圖12 輸出信號(hào)表格
圖13 伺服及其他電器接線(xiàn)圖五、結(jié)束語(yǔ)
圖14 加工成品圖該數(shù)控定子繞線(xiàn)機(jī)控制方案具有控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，用戶(hù)操作靈活的特點(diǎn)，為利用中達(dá)CNC系統(tǒng)和臺(tái)達(dá)伺服在繞線(xiàn)機(jī)行業(yè)上的典型案例。
利用中達(dá)電通開(kāi)放式、全功能通用數(shù)控系統(tǒng)，配合臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)優(yōu)異的性能，可以靈活地整合出專(zhuān)用的控制系統(tǒng)，提供更有價(jià)值的整合方案以滿(mǎn)足不同客戶(hù)與行業(yè)的特殊要求。
